Habang nagdaragdag ang demand para sa mobile computing at all-electric cars, ang mga limitasyon ng kasalukuyang teknolohiya ng baterya ay nagtatanghal ng isang kalsada. Invented noong 1790s sa pamamagitan ng Italyanong pisika na si Alessandro Volta, ang electric baterya ang naging workhorse ng maraming mga gadget, aparato at makina.
Tulad ng mga aparato ng mamimili ay naging mas maliit at ang kanilang walang tigil na paggamit bago muling magkarga, lalong naging mahalaga para sa mga baterya na maging kapwa miniaturized at mas mahusay na enerhiya. Gayunman, ito ay napatunayan na isang teknolohikal na sagabal na, kung malampasan, ay magiging isang mahalagang at kapaki-pakinabang na pag-unlad para sa ekonomiya ng high-tech na bukas.
Teknolohiya ng baterya
Ang lahat ng mga de-koryenteng baterya ay umaasa sa pangunahing kemikal na reaksyon ng pagbawas at oksihenasyon (redox) na maaaring mangyari sa pagitan ng dalawang magkakaibang mga materyales. Ang mga reaksyon na ito ay nakalagay sa isang sarado at selyadong lalagyan. Ang katod, o positibong terminal ay nabawasan ng anode, o negatibong terminal, kung saan nangyayari ang oksihenisasyon. Ang katod at anod ay pinaghiwalay nang pisikal sa pamamagitan ng isang electrolyte na nagbibigay-daan sa mga electron na madaling dumaloy mula sa isang terminal patungo sa isa. Ang daloy ng mga elektron na ito ay nagdudulot ng isang potensyal na elektrikal, na nagbibigay-daan para sa isang de-koryenteng kasalukuyang kapag nakumpleto ang isang circuit.
Ang mga natatanging baterya ng consumer (na kilala bilang pangunahing baterya), tulad ng mga AA- at AAA-sized na mga cell na ginawa ng mga kumpanya tulad ng Energizer (ENR), ay umaasa sa isang teknolohiyang hindi kaaya-aya sa mga modernong aplikasyon. Para sa isa, hindi sila mai-rechargeable. Ang mga tinaguriang baterya ng alkalina ay gumagamit ng isang katote ng dioxide ng manganese at isang zinc anode, na pinaghiwalay ng isang dilute potassium dioxide electrolyte. Ang electrolyte ay nag-oxidize ng zinc sa anode habang ang manganese dioxide sa cathode ay gumanti sa mga oxidized zinc ions upang lumikha ng koryente. Unti-unti, ang mga reaksyong byproduktor ay bumubuo sa electrolyte at ang halaga ng zinc na natira upang ma-oxidized ay nabawasan. Kalaunan, namatay ang baterya. Ang mga baterya na ito ay karaniwang nagbibigay ng 1.5 volts ng koryente at maaaring ayusin sa isang serial mode upang madagdagan ang halagang iyon. Halimbawa, dalawang baterya ng AA sa serye ang nagbibigay ng tatlong volts ng kuryente.
Ang mga baterya na maaaring maibalik muli (na kilala bilang pangalawang baterya) ay gumagana sa parehong paraan, gumamit ng isang pagbawas ng reaksyon ng oksihenasyon sa pagitan ng dalawang mga materyales, ngunit pinapayagan din nila ang reaksyon na dumaloy sa baligtad. Ang pinaka-karaniwang ginagamit na baterya na maaaring ma-rechargeable sa merkado ngayon ay lithium-ion (LiOn), bagaman iba't ibang iba pang mga teknolohiya ang sinubukan din sa paghahanap para sa isang maaaring magamit na baterya na maaaring ma-rechargeable, kabilang ang nickel-metal hydride (NiMH) at nickel-cadmium (NiCd).
Ang NiCd ang kauna-unahang komersyal na magagamit na mga rechargeable na baterya para sa paggamit ng mass market ngunit nagdusa mula sa pagiging may kakayahang lamang ng isang limitadong bilang ng mga recharge. Pinalitan ng NiMH ang mga baterya ng NiCd at mas madalas na sisingilin. Sa kasamaang palad, mayroon silang isang napakaikling maikling istante, kaya kung hindi sila ginamit nang maaga matapos na magawa, maaari silang hindi epektibo. Nilutas ng mga baterya ng LiOn ang mga problemang ito sa pamamagitan ng pagpasok sa isang maliit na lalagyan, pagkakaroon ng mahabang buhay sa istante, at pinapayagan ang maraming singil. Ngunit, ang mga baterya ng LiOn ay hindi madalas na ginagamit sa mga elektronikong consumer tulad ng mga mobile device at laptop computer. Ang mga baterya na ito ay mas mahal kaysa sa mga nagagamit na mga baterya ng alkalina at hindi karaniwang pumasok sa tradisyonal na sukat ng AA, AAA, C, D atbp.
Ang huling uri ng mga rechargeable na baterya na nakikilala ng karamihan sa mga tao ay mga likidong lead-acid na baterya, na kadalasang ginagamit bilang mga baterya ng kotse. Ang mga baterya na ito ay maaaring magbigay ng maraming lakas (tulad ng kapag malamig na nagsisimula ng kotse), ngunit naglalaman ng mga mapanganib na materyales, kabilang ang lead at sulfuric acid, na ginagamit bilang electrolyte. Ang mga ganitong uri ng mga baterya ay dapat na itapon nang may pag-iingat upang hindi mahugasan ang kapaligiran o maging sanhi ng pisikal na pinsala sa mga humahawak sa kanila.
Ang layunin ng kasalukuyang teknolohiya ng baterya ay upang lumikha ng isang baterya na maaaring tumugma o mapabuti sa pagganap ng mga baterya ng LiOn, ngunit walang mabigat na gastos na nauugnay sa kanilang paggawa. Sa loob ng pamilya ng lithium ion, ang mga pagsisikap ay nakatuon sa pagdaragdag ng mga karagdagang sangkap upang madagdagan ang pagiging epektibo ng baterya habang binababa ang presyo ng tag. Halimbawa, ang mga pag - aayos ng lithium-cobalt (LiCoO2) ay matatagpuan na ngayon sa maraming mga cell phone, laptop, digital camera, at mga gamit na magagamit. Ang mga cell ng Lithium-manganese (LiMn2O4) ay kadalasang ginagamit para sa mga tool ng kuryente, mga instrumento sa medikal, at mga electric powertrains, tulad ng mga matatagpuan sa mga de-koryenteng sasakyan. (Para sa higit pa, tingnan ang: Bakit Napaka Mahal ng Tes ng Mga Kotse? )
Sa kasalukuyan, may mga koponan na nagsasagawa ng pananaliksik at pag-unlad upang dagdagan ang pagganap ng mga baterya na nakabase sa lithium. Ang mga baterya ng Lithium-air (Li-Air) ay isang kapana-panabik na bagong pag-unlad na maaaring magpahintulot sa higit na higit na kapasidad ng imbakan ng enerhiya - hanggang sa 10 beses na higit na kapasidad kaysa sa isang karaniwang baterya ng LiOn. Ang mga baterya na ito ay literal na "huminga" ng hangin sa pamamagitan ng paggamit ng libreng oxygen upang ma-oxidize ang anode. Habang ang teknolohiyang ito ay tila nangangako, mayroong isang bilang ng mga teknolohikal na problema, kabilang ang isang mabilis na pagbuo ng pagganap-pagbawas ng mga byprodukto at ang problema ng "biglaang kamatayan" kung saan ang baterya ay tumigil na magtrabaho nang walang babala.
Ang mga baterya ng Lithium-metal ay isa ring kahanga-hangang pag-unlad, na nangangako ng halos apat na beses na higit na kahusayan ng enerhiya kaysa sa kasalukuyang teknolohiya ng baterya ng electric car. Ang ganitong uri ng baterya din ay hindi gaanong mas mura upang makagawa, na ibababa ang gastos ng mga produkto na gumagamit ng mga ito. Ang mga isyu sa kaligtasan, gayunpaman, ay isang pangunahing pag-aalala dahil ang mga baterya na ito ay maaaring mag-init, magdulot ng apoy, o sumabog kung nasira. Ang iba pang mga bagong teknolohiya na pinagtatrabahuhan ay kinabibilangan ng lithium-sulfur at silikon-carbon, ngunit ang mga cell na ito ay nasa mga unang yugto ng pananaliksik at hindi pa mailalathala. Mayroon ding ilang mga pag-unlad na nagaganap sa paligid ng mga baterya ng solar na pinapatakbo.
Pamumuhunan sa Teknolohiya ng Baterya
Kung at kailan tumatanggal ang teknolohiya ng baterya sa mga nakagaganyak na bagong direksyon, bababa nito ang gastos ng produksyon para sa mga elektronikong consumer at para sa mga de-koryenteng sasakyan tulad ng mga ginawa ng Tesla Motors (TSLA). Kamakailan lamang ay inihayag ni Tesla ang pagtatayo ng isang 'gigafactory' na hindi lamang makagawa ng maraming mga sasakyan ngunit gumagawa din ng sariling mga baterya ng LiOn sa bahay, kasabay ng higanteng elektroniko ng Japanese na Panasonic (ADR: PCRFY). Sa pamamagitan ng pagkuha ng problema sa paggawa ng baterya sa kanilang sariling mga kamay, maaaring natagpuan ni Tesla ang isang mahusay na paraan upang makakuha ng pagkakalantad sa pamumuhunan sa parehong mga electric car at tech ng baterya.
Ang merkado ng baterya ng teknolohiya ay medyo myopic na may mga bagong teknolohiya, pag-unlad at pakikipagsosyo na nakapagpapalakas ng industriya pasulong. Ang "Nangungunang 20 Lithium-Ion baterya ng Paggawa ng baterya ng Visiongain" ay nagbibigay ng isang mahusay na pananaw sa merkado ng baterya ng baterya at mga nangungunang tagagawa nito. Kasama sa mga kumpanya sa ulat ang mga sumusunod:
- A123 Systems Inc. Automotive Energy Supply Corporation (AESC) Aviation Industry Corporation of China (AVIC) BYD Company Ltd. CBAK Energy Technology Inc. Comtemporary Amperex Technology Ltd (CATL) GS Yuasa Corporation Hefei Guoxuan High-tech Power Energy Co, Ltd Hitachi Chemical Co, Ltd Johnson Kinokontrol ang International Plc. LG Chem Microvast Inc. Panasonic Corporation Saft Battery Samsung SDI Co. Ltd. TDK Corporation / Amperes Technology Ltd (ATL) Tesla Inc. Tianjin Lishen Battery Joint-Stock Co, Ltd Tianneng Power International Ltd Toshiba Corporation
Ang iba pang mga kilalang pangalan sa industriya ng baterya ay kasama ang sumusunod:
- Ang Pagbech Corp (ARTX) ay bubuo at namamahagi ng mga baterya ng lithium at zinc-air at binibilang ang militar ng US sa mga customer nito.PolyPore Inc. (PPO) ay gumagawa ng mataas na dalubhasa na mga baterya ng lithium polymer higit sa lahat para sa pang-industriya at medikal na gamit.Ener1 (OTCMKTS: HEVVQ) ay isang alternatibong kumpanya ng enerhiya na may isang pinagsamang pakikipagsapalaran na may-ari ng mayorya sa Delphi Automotive (DLPH) upang lumikha ng mga solusyon sa baterya para sa mga de-koryenteng sasakyan.Haydale Graphene Industries PLC (LON: HAYD) ay isang kumpanya ng UK na nag-agaw ng nanotechnology at ang graphene ng materyal upang makagawa, bukod sa iba pang mga bagay, mga baterya na batay sa graphene. Ang Inilapat na Graphene Material (OTCMKTS: APGMF) ay nagsasagawa rin ng pananaliksik para sa mga application na batay sa graphene.EnerSys ay isang purong-play sa mga baterya. Kasalukuyan itong pinakamalaking tagagawa ng mga pang-industriya na baterya sa buong mundo.
Mayroon ding Global X Lithium & Battery Tech ETF (LIT). naglalayong ang ETF na ito ay subaybayan ang Solactive Global Lithium Index at nagbibigay ng pagkakalantad sa isang sari-saring portfolio ng mga kumpanya na ipinagpalit sa publiko na nakatuon lalo sa lithium kabilang ang pagmimina ng lithium, pagpino ng lithium at paggamit ng lithium sa paggawa ng baterya. Ang mga nangungunang paghawak sa LIT ETF hanggang Oktubre 2018 ay kasama ang sumusunod:
- FMC CORP 18.06% ALBEMARLE CORP 17.64% SAMSUNG SDI CO LTD 7.40% ENERSYS 6.91% QUIMICA Y MINERA CHIL-SP 6.62% LG CHEM LTD 5.41% GS YUASA CORP 4.95% PANASONIC CORP 4.60% TESLA INC 4.37% SIMPLO TECHNOLOGY COD
Ang Bottom Line
Ang mga baterya para sa kapangyarihan ay palaging naging mahalaga sa modernong panahon. Gayunpaman, sa pagdating ng mga mobile computing at mga de-koryenteng kotse, ang kanilang kahalagahan ay magpapatuloy lamang sa paglaki. Sa ngayon, halimbawa, ang account ng mga power pack ng baterya para sa higit sa kalahati ng gastos ng isang kotse ng Tesla.
Dahil sa kanilang lumalagong kahalagahan, ang pananaliksik sa mas bago at mas mahusay na mga rechargeable na baterya ay nakakakuha ng momentum. Ang mga baterya ng Lithium-air at lithium-metal ay maaaring patunayan na ang pagsulong na mahalaga. Kung ang mga teknolohiyang ito ay magtatapos ng pagbabayad, ang pamumuhunan sa mga malalaking kumpanya na kasangkot sa paggawa ng baterya, sa mga tagagawa ng purong lithium-ion, o hindi tuwirang pagkakalantad sa pamamagitan ng mga prodyuser ng lithium metal ay makakatulong sa pagbulsa sa hinaharap na pagganap ng isang portfolio. ( Para sa higit pa, tingnan ang: Pamuhunan sa Susunod na Megatrend: Lithium .)
